EV業界でワイヤレス・ バッテリ管理の革命が始動、 潜在的なROIは莫大なレベル

Thought Leadership Article EV業界でワイヤレス・ バッテリ管理の革命が始動、 潜在的なROIは莫大なレベルに 著者：Shane O'Mahony、エレクトロモビリティ・マーケティング・マネージャ 電気自動車（EV：Electric Vehicle）の分野では、バッテリ しかし、wBMS技術によって得られるメリットを享受するには、 を再利用したり、そのセキュリティを確保したりするための 同技術に対応するための設計、検証、製造インフラに対して多大 設計／製造について高度なコスト分析が行われています。そ な投資を行わなければなりません。また、wBMSを利用する場合、 の結果、次世代のEVでは、バッテリ管理システム（BMS： ワイヤレス・システムに固有のセキュリティや安全性に関する要 Battery Management Systems）のワイヤレス化を図ること 件を満たす必要があります。そのためには、バッテリ・パックの により、自動車メーカーに収益増加の機会がもたらされること ライフ・サイクル、つまりは製造から再利用に至るまでのすべて が明らかになっています。 の段階について徹底的に再評価しなければなりません。 上記の作業はあまりにも膨大で、自動車メーカーがwBMSを導 EVの分野では、ワイヤレスのBMS（wBMS：Wireless BMS） 入するのは不可能なのではないかという印象を持つ方もいるで の活用に向けた動きが活発になっています。これは、ある意味で しょう。しかし、アナログ・デバイセズとGeneral Motors（GM） は避けられないことでした。アプリケーションの種類に依らず、 はそれを覆す決断を下しました。両社は、今後数年のうちに主流 有線のシステムには固有の複雑さ、部品のコスト、占有面積、 の車種、あるいはほぼすべての車種にまでwBMSの商用利用の 労力の問題が伴います。それらに悩まされている人々の目に、 規模を拡大することを想定しています。そうすれば、大幅なコス wBMSによってもたらされる大きなメリットが魅力的に映るのは ト削減、製造面でのスケーラビリティの拡大、効率の向上が見込 当然のことです。 めると考えたのです。その結果として、両社はwBMS技術を開 次世代のEVでwBMSを採用したとします。そうすると、有線 発／導入するための投資に踏み切りました。 のBMSを使用する場合と比べて、配線の量を最大90%、バッテ ただ、自動車メーカーに対しては、1つはっきりとさせておくべ リ・パックの体積を最大15%削減できると見積もられています。 きことがあります。それは、wBMSを導入すれば直ちにコスト wBMSを導入する場合、従来、通信に使用されていたワイヤ・ を削減できるという期待は持たないでほしいというものです。 ハーネスやコネクタを排除し、よりインテリジェントなバッテ wBMSのコスト上のメリットをフルに活用するには、自動車に搭 リ・モジュールを使用することになります。バッテリの管理に必 載されている期間である「ファースト・ライフ」と、それに続く 要な、あらゆるエレクトロニクスを統合したモジュールを使用す 「セカンド・ライフ」を通して、バッテリ・パックを適切に管理し るということです。そのモジュールは、外部に接続するためのコ なければなりません。wBMSのコスト削減効果が確実かつ完全に ネクタは+veと-veの端子だけというレベルのものになるはずで 顕在化するのは、このような運用を行う場合のみです。そうすれ す。 ば、バッテリ・パックは最大限のROI（投資収益率）の達成につ ながるアセットとして捉えることができます。 VISIT ANALOG.COM/JP

アナログ・デバイセズは、wBMSの設計に伴う数多くの課題に たときだけ活かすのではなくなります。製造工程において、バッ ついて理解し、たゆまぬ努力と投資を行うことでスケーラブルか テリ・パックをハーネスやテスト用モジュール、コネクタに手作 つ完全なwBMSのソリューションを構築しました（図1）。それ 業で配線するために、貴重な人員の時間を費やす必要がなくな により、コンセプトから実装までにわたって自動車メーカーをサ るのです。また、その作業を行う人員に対し、安全性に関するト ポートするための要件を満たすことに成功しています。 レーニングを継続的に実施する必要もありません。したがって、 CAPEX（資本コスト）とOPEX（運用コスト）を削減することが できます（図2）。 ひと言で自動車メーカーといっても、既に地位を確立している企 業もあれば、今後の成長が期待される企業もあります。その両方 に対し、上述したwBMSの側面は、従来の有線ベースの製造に 代わり、完全にワイヤレスで完全にロボット化された製造を導入 する機会をもたらします。その結果、自動車メーカーは、限られ た予算を最大限に活かして製造効率を高めることができます。ま た、高い柔軟性を実現し、俊敏性を維持することも可能です。成 長途上のメーカーの場合、潤沢な資金を有する確立された企業と 競争する力を手に入れられるということになります。有線のバッ 図1. EV用のwBMS。 テリ・パックのハーネスを処理するのは、時間とコストのかかる アナログ・デバイセズが業界で初めて発表した技術です。 作業です。それを専門的に行うロボットを導入する必要がなくな また、その過程では設計とコストの効率に関する更なるチャンス るということは、あらゆる規模の自動車メーカーが、高速で高効 を特定することができました。既に、wBMSの導入こそが進むべ 率のロボットによる製造を実現できる可能性を最大限に高められ き方向だと認識している自動車メーカーも存在します。当社の取 るということを意味します。アナログ・デバイセズは、各製造工 り組みは、そうしたメーカーがこれから歩む道を平坦にするため 程においてオートメーションをサポートできるようにすることを に役立ちます。自動車メーカーからの初期のフィードバックに基 目標としています。また、自動車メーカーがwBMSに対応する づいて検討した結果、業界の規模でEVにwBMSを搭載すれば、 工場への移行をより容易に進められるようにすることを念頭に置 長期的に見てかなり大きな費用対効果が得られることがわかりま いてwBMSを開発しています。 した。費用対効果の規模を数値化するのは容易ではありません が、少なくともwBMSによって様々なメリットがもたらされるこ とは間違いありません。 製造効率の面でのメリット wBMSを採用するということは、EV用の工場をどのように設計 するのか再考しなければならないということを意味します。しか し、製造過程から製品の運用までを完全にワイヤレス化すれば必 ず大きなメリットが得られます。そのメリットは、すべての可動 型の要素について考慮すると、到底無視することはできないレベ ルに達します。 ロボットがほとんどの製造作業を担うということと、ロボットが 図2. 人間の介入を全く必要としない 完全に製造作業を担うということの間には、大きな差があります。 完全に自動化された製造現場。EVの分野では、 前者の場合、高速で稼働するロボットを配備した製造フロアで人 このような自動化を進めることがトレンドになっています。 が働くことになります。そうすると、その人たちを保護するため に多大な安全対策を講じなければならなくなります。結果として、 ライフ・サイクル全体にわたり、 エンドtoエンドの完全なオートメーションであれば達成できるは スケーラビリティと柔軟性を向上 ずの生産効率が本質的に低下してしまいます。 wBMSを採用すれば、自動車メーカーとバッテリのサプライヤ は、ハーネスに関する設計を一切行うことなく、数多くの種類の wBMSの製造フロア全体でワイヤレス通信を利用できるようにす バッテリ・パックを自由に設計／製造できるようになります。つ ると、どのような効果が得られるのでしょうか。それが実現され まり、全体的な開発コストを削減しつつ、個々の車種に応じてソ れば、人間が一切介入することなく完全にロボットだけでEV用 フトウェアによる構成が可能なwBMS向けの共通プラットフォー のバッテリ・パックを製造できる可能性が生まれます。つまり、 ムを活用できるようになります。 自動車メーカーとしては、wBMSのメリットを自動車に搭載し 2 EV業界でワイヤレス・ バッテリ管理の革命が始動、 潜在的なROIは莫大なレベルに

このことは、wBMSに関する価値の提案の中心に存在していま アナログ・デバイセズは、自動車メーカーが「削減、修理、再利用」 す。自動車メーカーは、変化し続ける消費者の需要に対応し、多 の戦略を推進すれば、修理済みでリサイクルはされていないバッ 様なEVを量産体制に移行するための高い柔軟性を得ることが可 テリ・パック1個につき、二酸化炭素の排出量を7t削減できると 能になります。GMの場合、同社の画期的なバッテリ向けプラッ 見積もっています。一方、自動車メーカーは、EV用のバッテリ・ トフォーム「Ultium」を支えるためにwBMSを採用しました。 パック1個のリサイクルには約1000米ドル（約11万5000円） その結果、作業用のトラックから高性能車に至るまでの様々なブ のコストがかかると想定しています。これは、元の車両の販売で ランド／車両セグメントにわたって同プラットフォームを拡張す 得られる利益を上回る可能性があります。したがって、使用済み ることが可能になりました。また、GMは、wBMSを採用したこ のEV用バッテリをできるだけ早く再販することによって、その とで、より広範な車種の電動化が可能になるとも考えています。 バッテリから最大限の価値を引き出す方法をぜひとも探るべきで す。つまり、EV用バッテリの再利用は、ビジネスとして十分に バッテリ・パックの耐用期間にわたって二酸化炭素の排出量を削 成立する可能性があるのです。 減しつつ、それに伴う収益の可能性を拡大させるための手段は wBMSだけではありません。それ以外にも、できることは数多 く存在します。その基盤になるものが「削減、修理、再利用」の アナログ・デバイセズのwBMSによるサステナビリティ 戦略です。この戦略において、wBMSはコストのかかる車両のリ 「アナログ・デバイセズのwBMSにより、 廃棄物のヒエラルキー コールを減らすことに貢献します。また、修理の効率を高める役 バッテリの配線量を90%削減できる」 （GMのコメント） 削減 割を果たします。更に、廃棄とリサイクルに対する好ましい代替 耐用年数を正確に見積もれないので 再利用 手段として、バッテリの再利用を促進することにも貢献します。 必要以上の容量のバッテリを 使用するというケースが減少 修理 リサイクル wBMSを採用すれば、スペア・モジュールの在庫管理は従来よ セカンド・ライフで得られる利益を 増やすことで、バッテリの再利用を促進 廃棄 りもはるかに容易になります。また、車両の点検時にバッテリ・ wBMSにより、迅速、安価、 モジュール式で修理が可能に パックを交換する作業が大幅に簡素化されます。在庫の追跡／検 wBMSにより、バッテリ・パックの 索や、修理作業におけるバッテリ用ハーネスの取り外し（破損し 取り外しが容易に ないよう注意が必要）によって、時間のロスやフラストレーショ ンが生じることはありません。モジュールについては、サプライ・ 図3. wBMSの導入効果。バッテリ・パックの修理、 再利用、リサイクルが容易になります。 チェーンに沿って移動させる間と、最終的に在庫棚から車両に移 動させるときだけ入出庫の管理が行われます。その取り付け作業 は、有線のBMSでは決して考えられないほど容易になります。 セキュリティの確保、最適な設計 その効果は、EVの開発段階にも現れます。ハーネスの取り外し EV用のバッテリ・パックのライフ・サイクルが更に長くなれば、 や交換に、バッテリ・パックの設計者の貴重な時間を費やしたり、 製造から保守を経て廃棄に至るまでの過程で、各wBMSモジュー スペースを確保したりする必要がなくなるからです。つまり、エ ルのセキュリティを確保するために厳格なプロトコルを維持す ネルギー密度の高いバッテリ・パックをより迅速に設計すること ることが重要になります。自動車メーカーは、常にバッテリ・モ が可能になるということです。 ジュールの整合性を維持しなければなりません。バッテリ・モ ジュールが安全な状態にあることを個別に検証できない状態に wBMSには、バッテリが自らの性能を測定して報告するという機 なったとしたら、セカンド・ライフのアプリケーションに対する 能を持たせることができます。そうすれば、故障が早期に検出さ モジュールの価値が損なわれる可能性があります。 れる確率が高まり、コストのかかる車両のリコールを回避できる ようになります。それだけでなく、バッテリ・パックの組み立て バッテリ・パックのセキュリティは、自動車自体の保守性の観点 を最適化することも可能になります。組み立てから、保管、輸送、 からも重要です。wBMSのモジュールは、自己認証を行えるよ 取り付け、保守に至るまで、バッテリのライフ・サイクル全体に うに設計することができます。また、バッテリ・パックは、悪意 わたり、リモートでデータを監視することができます。 が込められたモジュールや質の低いモジュールを自動的に拒否す るように設計することが可能です。その結果、バッテリ・パック 自動車メーカーは、バッテリ・パックの耐用期間と収益の可能性 には純正のスペア部品のみが適用されるようになります。また、 を最大限に拡大したいと考えています。wBMSであれば、バッテ 認可を受けた保守業者だけが取り付けを実施できるようにすると リのセカンド・ライフへの転用をはるかに効率的に実現できます。 いったことも容易に実現できます。 バッテリ・パックにハーネスが接続されていなければ、修理や再 利用が非常に容易です。また、最大限の寿命を確保しつつ、全般 ただ、これらの手段を導入するにはコストがかかります。wBMS 的により環境に優しいカーボン・フットプリントを達成すること のメリットを最大限に活かしたいと考える自動車メーカーにとっ が可能になります。自動車メーカーは、一定の状態に達した使用 ても、そのコストは非常に高く、大きな障害だと受け止められる 済みのバッテリを、太陽光発電や風力発電における電力ストレー 可能性は否定できません。バッテリやモジュールのライフ・サイ ジなどの用途に向けて簡単に再販することができます。 クル全体を網羅する新たな通信プラットフォーム向けに、全く新 たなセキュリティ用のアーキテクチャを一から設計しなければな らないからです。自動車メーカーにとって、これは受け入れがた いことかもしれません。 VISIT ANALOG.COM/JP 3

公開鍵に基づく証明書の利便性を活かせないサプライ・チェーン しかし、その後の設計段階でシステムの欠陥が徐々に表面化して や監視システム全体に対応するために、自動車メーカーはセキュ いくことになるでしょう。そうすると、問題が判明するたびに開 リティの確保に向けて多大な時間と費用をかけなければなりませ 発コストが発生し、最初に得られたコスト削減の効果が完全に打 ん。そのような負担からメーカーを解放するために、アナログ・ ち消されてしまう可能性があります。適切に設計された柔軟性の デバイセズは、wBMSとセキュアなモジュールのトレース機能に 高いwBMSであれば、個々の車種に対して個々のバッテリ・パッ 向けてかなりの投資を持続的に行っています。上記の大変な作業 クを調整することに伴う大きなコストやフラストレーションを排 が事前に完了しているのであれば、自動車メーカーは、サイバー 除することができます。また、自動車メーカーのバッテリ・パッ セキュリティの専門家で構成される専用チームを用意する必要は ク向けプラットフォームのスケーラビリティを全体的に高めるこ ありません。もちろん、そのようなチームを構成するには多大な とが可能になります。 コストがかかります。アナログ・デバイセズは、このような非常 に厳しいセキュリティ要件を最小限のCAPEXで最初から満たす wBMSの明るい未来 ことができるように自動車メーカーを支援します。 成熟したwBMS技術を採用すれば、有線のBMSを使用する場合 自動車メーカーは、何か1つ間違えると、見込んでいたコスト削 と比べて製造プロセスを簡素化し、CAPEX/OPEXを抑えること 減の効果が台無しになるかもしれないという不安を抱えていま ができます。自動車メーカーからは、達成可能なコスト削減の効 す。そうした不安を取り除き、wBMSに対する投資から最大限の 果は1台のEVあたり最大で250米ドル（約2万8900円）に達 価値を引き出せるよう自動車メーカーを支援するには、包括的な するというフィードバックが得られています。wBMSを導入すれ 設計戦略が必要です。アナログ・デバイセズは、バッテリ・パッ ば、次のようなメリットが得られます。すなわち、車両やバッテ クに関する高度なシミュレーション技術を有しています。その技 リの保守作業が軽減される、在庫管理の効率化が図れる、バッテ 術を活用すれば、バッテリ・パックの「デジタル・ツイン」につ リ・パックのセカンド・ライフとして再利用／転用を行うことで いて徹底的に評価することができます。CADを使った描画作業 全体的な利益を更に増やす機会が得られるといった具合です。こ を開始するよりもかなり前の段階で、wBMSの性能を予測する れらを加味すると、wBMS技術によって次世代のEVの設計に収 ことが可能です。この技術は、最初の試行で適切な設計が得られ 益性と持続可能性がもたらされることは明らかです。wBMSにつ るよう自動車メーカーを支援する上で大いに役立ちます。自動車 いては、明るい未来を容易に想像することができるでしょう。 メーカーは、コンポーネントで構成される周辺のエコシステムと GMは、多くの自動車メーカーの中で先陣を切ってwBMSを採用 wBMSの相互運用性を実現しつつ、十分な設計マージンを確保 しました。しかも、同社はwBMSの適用先として大型のSUVを してwBMSに対応するバッテリ・パックを開発することが可能に 選択しました。その種のSUVは、あらゆる車種の中で二酸化炭 なります。 素の排出量が特に多いことで知られています。同社の選択は、注 開発の観点から言うと、本当にコストを抑えられるようにするに 目に値するものだと言えるでしょう。「GMC Hummer」を完全 は、確実に堅牢性が得られるようにwBMSを設計しなければな なEVに転換できたなら、同車は環境に優しい自動車の代名詞に りません。これは見落としてはならない重要なポイントです。 なるはずです。そうすれば、主力車種のEVへの移行を阻む最後 設計の結果、「十分に良い」というレベルをかろうじて達成する の障壁が、私たちの目の前で崩壊することは間違いありません。 wBMSが出来上がったとします。そのようなwBMSでも、様々 その転換において、wBMSは非常に重要な役割を担うことになり な形でいくらかのシステム・コストを削減できるかもしれません。 ます。 Sentinel wBMS（2021年にリリース） アナログ・デバイセズの ICコンポーネント アナログ・デバイセズの SWコンポーネント モジュール+ ワイヤレス・セル・モニタ#1 アナログ・デバイセズのSW （お客様が作成したスクリプトを含む） LT降圧レ ギュレータ ADRFxxxx BMSコントローラのサブシステム ADBMS ネットワーク 68xx セキュリティ 安全性 BMSコントローラのECU ネットワーク・ モジュール- wBMSの2.4GHzの マネージャ お客様のBMS用 アプリケーション層 ネットワーク ADRF8850 モジュール+ ワイヤレス・セル・モニタ#N ネットワーク SPI セキュリティ アナログ・デバイセズ LT降圧レ が開発したSW ギュレータ ADRF8800 安全性 SPI ADBMS ネットワーク 68xx セキュリティ パック・ 安全性 センサー モジュール- 堅牢性、セキュリティ、安全性を備えたwBMS 図4. 世界初のwBMSのアーキテクチャ。セル・パックの監視用ハードウェアと、 製造用のネットワーク／安全性／セキュリティに関連するソフトウェアは、アナログ・デバイセズが提供します。 4 EV業界でワイヤレス・ バッテリ管理の革命が始動、 潜在的なROIは莫大なレベルに

著者について EngineerZone® Shane O'Mahony（shane.omahony@analog.com）は、 オンライン・サポート・コミュニティ アナログ・デバイセズでwBMSを担当するプロダクト・ アナログ・デバイセズのオンライン・サポート・コミュ マーケティング・リードです。自動車メーカーやティア1サ ニティに参加すれば、各種の分野を専門とする技術者と プライヤと連携し、wBMSがもたらすシステム・レベルの の連携を図ることができます。難易度の高い設計上の問 メリットとwBMSの持続可能性に関連するメリットを明確 題について問い合わせを行ったり、FAQを参照したり、 化することに注力しています。現職の前は、高性能のRF無 ディスカッションに参加したりすることが可能です。 線システム向けICの責任者を12年間にわたって務めていま した。 Visit ez.analog.com ＊英語版ソート・リーダーシップ記事はこちらよりご覧いただけ ます。 VISI T A N A L O G . C O M /JP お住いの地域の本社、販売代理店などの情報は、analog. ©2021 Analog Devices, Inc. All rights reserved. com/jp/contact をご覧ください。 本紙記載の商標および登録商標は、各社の所有に属します。 Ahead of What’s Possibleはアナログ・デバイセズの商標です。 オンラインサポートコミュニティEngineerZoneでは、アナ ログ・デバイセズのエキスパートへの質問、FAQの閲覧がで きます。 T23218-11/21